La exitosa implantación de la telefonía móvil a escala mundial presenta una muy importante oportunidad para la expansión del comercio electrónico sobre entornos inalámbricos. El comercio electrónico para móviles, m-Commerce, implica tres aspectos básicos: 1) la negociación y el servicio en la vecindad de cliente, 2) información oportuna y georeferenciada mientras el usuario esta en movimiento, 3) la posibilidad para completar una transacción en cualquier sitio y momento. El usuario debe tener las facilidades siguientes: la negociación y la entrega inmediata, métodos rápidos de micro y de macro pago, y facilidad de uso en el ambiente de móvil. Una de las novedades del comercio móvil es la posibilidad de atraer a clientes en el vecindario hacia un centro de venta y/o servicios proporcionándoles la información apropiada. Existen, sin embargo, una serie de factores que dificultan la implantación y el desarrollo del comercio móvil respecto al comercio electrónico. Esos inconvenientes se relacionan con las características del ambiente inalámbrico: normalmente menor ancho de banda, latencia más baja, menos estabilidad de conexiones, la disponibilidad menos previsible. Y las limitaciones en los equipos móviles: la unidad de procesamiento central menos potente, menos memoria, limitaciones en el consumo de potencia, formato reducido de pantalla, y otras más.La seguridad extremo a extremo entre el servidor de Internet y el terminal móvil es indispensable para aplicaciones de comercio electrónico. La especificación de la capa de seguridad WTLS (Wireless Transport Layer Security de WAP) no proporciona este nivel de seguridad. El uso de WTLS y la seguridad a nivel de la capa de transporte TLS (Transport Layer Security) permite la privacidad en los canales inalámbrico e Internet, pero la seguridad alcanzada no es suficiente para aplicaciones de comercio electrónico; por ello se precisan mecanismos de seguridad extremo a extremo. En esta tesis se propone una alternativa a la arquitectura de la seguridad de WAP para resolver el problema mencionado, basada en la implementación de una capa de seguridad nueva dentro de la capa WAE (Wireless Application Environment). Esto hace posible la seguridad extremo a extremo, compatibilidad con TLS, transparencia ante el usuario, y se evita la traducción y descompresión en la pasarela de WAP. Varios estudios sobre usabilidad de los dispositivos con capacidades de WAP indican que los usuarios se desconectaron debido a tiempos de respuesta lentos y la falta de comodidad en el uso (interfaces no agradables, servicios costosos, . ). Los estudios coincidieron en que las velocidades más rápidas y el uso extendido de equipos móviles de datos promueven el comercio móvil, y que el número de usuarios familiarizados con equipos móviles sube constantemente, particularmente entre usuarios de WAP, de modo que estos usuarios comienzan a ver sus teléfonos móviles como algo más que meros teléfonos. La movilidad del usuario contribuye a hacer las redes inalámbricas más complejas, y constituyen los nuevos paradigmas en el intercambio de información. Las posibilidades que se abren para la Internet inalámbrica constituyen una oportunidad importante para el comercio electrónico. El futuro e impacto social de las tecnologías utilizadas, WAP, GPRS, UMTS, . son cuestionadas habitualmente. En esta tesis se analiza la posibilidad de realizar operaciones de m-Commerce sobre WAP. Por ello, se presentan los mecanismos de seguridad de WTLS (Wireless Transport Layer Security) y se analiza la seguridad extremo a extremo en este protocolo. En redes inalámbricas, existe la necesidad de acelerar la respuesta al usuario, facilitarle el uso en ambientes ruidosos, con desconexión no previsible, sobre dispositivos con formato limitado. Para paliar los problemas relacionados a la entrega de información, facilitar el uso y personalizar el servicio con el cliente, se presenta una propuesta basada en un sistema intermediario. Los objetivos de dicho intermediario son a) reducir el tráfico de datos en el canal inalámbrico delegando tareas tales como la búsqueda, interacción y filtrado de la información al Intermediario aún estando fuera de línea; b) Reutilizar contenidos: reutilizar la información residente en el almacén intermedio mediante un sistema distribuido de caches y proxies; c) Personalizar la información: conociendo previamente el perfil del usuario se puede filtrar y distribuir información en forma predictiva y d) Gestionar la información del estado de los certificados con OCSP (On-line Certificate Status Protocol).

La transformada de Abel es una técnica de inversión usada frecuentemente en radio ocultaciones (RO) que, en el contexto ionosférico, permite deducir densidades electrónicas a partir de datos de STEC (Slant Total Electron Content) derivados a partir de observaciones de la fase portadora. Esta técnica está basada en medidas precisas en doble frecuencia de fase portadora ( banda L) de un receptor GPS a bordo de un satélite de órbita baja (Low Earth Orbit -LEO-) rastreando un satélite GPS detrás del limbo de la tierra. Al combinar tales medidas con la información de posiciones y velocidades de los satélites GPS y LEO, es posible deducir el cambio en el camino de la señal debido a la presencia de la atmósfera y, consecuentemene, convertirlo en ángulos de curvatura (bending angles). A partir de ellos, información sobre el índice de refracción vertical puede ser obtenida a través de técnicas de inversión, y transformarlo en perfiles verticales de densidad electrónica y/o perfiles de atmósfera neutra. Una de las hipótesis básicas de la inversión clásica es suponer que el campo de densidades electrónicas tiene simetría esférica en la vecindad de una ocultación. Sin embargo, a la práctica, la huella de una ocultación generalmente cubre regiones de miles de km que puede presentar variabilidad ionosférica importante; por lo cuál, la hipótesis de simetría esférica no puede ser garantizada. De hecho, las inhomogeneidades de la densidad electrónica en la dirección veritcal para una ocultación dada son una de las principales causas de error cuando se usa la inversión de Abel inversion. Para corregir el error debido a la hipótesis de simetría esférica, se introduce el concepto de separabilidad. Ello implica que la densidad electrónica puede ser expresada como una combinación de datos de Vertical Total Electron Content (VTEC) derivados externamente, los cuales asumen la dependencia horizontal de la densidad, y una función de forma, que a su vez asume la dependencia en altura que es común a todas las observaciones para una ocultación dada. Nótese que el espesor de capa permanece constante cerca de la región de la ocultación debido a la hipótesis de separabilidad en vez de la densidad, como ocurriría en el caso de usar simetría esférica. Esta técnica fue aplicada exitosamente a la combinación lineal de fases de GPS L1 y L2, , LI= L1-2, la cuál proporcionar un observable libre de geometría que depende sólo del retraso ionosférico, la ambigüedad de fase, biases instrumentales y wind-up. Los resultados presentaban una mejora del 40% en RMS al comparar frecuencias del pico de la capa F2 con datos de ionosonda respecto la inversión clásica de Abel. Sin embargo, la potencial influencia de la diferencia de caminos ópticos entre L1 y L2 fue despreciada. Esta tesis doctoral muestra que ello no es un problema para la inversión a alturas ionosféricas. Una alternativa para la inversión de perfiles que evita esta desventaja es usar la curvatura de la señal como dato principal. La implementación de la separabilidad para ángulos de curvatura no es inmediata y ha sido uno de los objetivos de esta tesis. En este sentido, el principio de la separabilidad ha sido aplicado a los ángulos de curvatura de L1 en vez de la la combinación LI como en trabajos anteriores. Además, trabajando con ángulos de curvatura, la separabilidad puede ser también trasladada a la obtención de perfiles troposféricos. Varias aproximaciones para obtener la contribución de las partes altas de la ionosfera han sido también estudiadas, aparte del hecho de simplemente prescindir de esta contribución. Se ha usado un modelo climatológico, una extrapolación exponencial y el hecho de considerar las implicaciones de usar separabilidad. También se ha propuesto una manera para obtener funciones de mapeo (mapping functions) deducidas a partir de perfiles RO. Sin embargo, trabajando sólo con datos derivados únicamente de RO, se está sistematicamente despreciando la contribución de la protonosfera al TEC. Con la propuesta inicial de función de mapeo sólo la contribución ionosférica es tenida en cuenta. La solución ideal para aplicaciones de datos de tierra GNSS sería usar un modelo de dos capas, una para modelar la ionosfera y otra para la protonosfera, o alternativamente, si se quisiera alta resolución tomográfica, combinar observaciones RO y con elevación positiva de LEOs con datos de tierra. Se ha probado que modelando con dos capas, los resultados que se habían obtenido con el análisis de datos RO han podido ser validados. La conclusión más importante es que la proporción entre la contribución ionosférica y protonosférica es el parámetro que explica la localización de las alturas efectivas. / La transformada d’Abel és una tècnica emprada freqüentment en radio ocultacions (RO) que, en el context ionosfèric, permet deduir densitats electròniques a partir de dades de STEC (Slant Total Electron Content) derivats a partir d’observacions de la fase portadora. Aquesta tècnica està basada en mesures precises en doble freqüència de fase portadora (banda L) d’un receptor GPS a bord d’un satèl·lit d’òrbita baixa (Low Earth Orbit-LEO-) rastrejant un satèl·lit GPS darrere del limb de la terra. En combinar les dites mesures amb la informació de posicions i velocitats dels satèl·lits GPS i LEO, és possible deduir el canvi en el camí del senyal degut a la presència de l’atmosfera i, conseqüentment, convertir-lo en angles de curvatura (bending angles). A partir d’ells, informació sobre l’índex de refracció vertical pot ser obtinguda mitjançant tècniques d’inversió i transformar-lo en perfils verticals de densitat electrònica i/o perfils d’atmosfera neutra. Una de les hipòtesis bàsiques de la inversió clàssica és suposar que el camp de densitats electròniques té simetria esfèrica en el veïnatge d’una ocultació. Tanmateix, a la pràctica, la petjada d’una ocultació generalment cobreix regions de milers de quilòmetres que pot presentar variabilitat ionosfèrica important; per la qual cosa, la hipòtesi de simetria esfèrica no pot ser garantida. De fet, les inhomogeneitats de la densitat electrònica en la direcció vertical per a una ocultació donada són una de les principals causes d’error quan es fa servir la inversió d’Abel. Per a corregir l’error a causa de la hipòtesi de simetria esfèrica, s’introdueix el concepte de separabilitat. Això implica que la densitat electrònica pot ser expressada com una combinació de dades de Vertical Total Electron Content (VTEC) derivats externament, els quals assumeixen la dependència horitzontal de la densitat, i una funció de forma, la qual alhora assumeix la dependència en altura que és comuna a totes les observacions per a una ocultació donada. Cal notar que l’espessor de capa roman constant a prop de la regió de l’ocultació a causa de la hipòtesi de separabilitat en comptes de la densitat, tal i com succeiria en el cas de fer servir simetria esfèrica. Aquesta tècnica fou aplicada amb èxit a la combinació lineal de fases de GPS L1 i L2, LI=L1-2, la qual proporciona un observable lliure de geometria que depèn només del retard ionosfèric, l’ambigüitat de fase, biases instrumentals i wind-up. Els resultats presenten una millora del 40% en RMS en comparar freqüències del pic de la capa F2 amb dades de ionosonda respecte la inversió clàssica d’Abel. No obstant, la potencial influència de la diferència de camins òptics entre L1 i L2 fou menyspreada. Aquesta tesi doctoral mostra que això no és pas un problema per a la inversió a altures ionosfèriques. Una alternativa per a la inversió de perfils que evita aquesta desavantatge és emprar la curvatura del senyal com a dada principal. La implementació de la separabilitat per a angles de curvatura no és immediata i ha estat un dels objectius d’aquesta tesi. En aquest sentit, el principi de la separabilitat ha esta aplicat als angles de curvatura de L1 en comptes de la combinació LI com en treballs anterior. A més, treballant amb angles de curvatura, la separabilitat pot ser també traslladada a l’obtenció de perfils troposfèrics. Varies aproximacions per a obtenir la contribució de les parts altes de la ionosfera han estat també estudiades, apart del fet de prescindir simplement d’aquesta contribució. S’ha fet servir un model climatològic, una extrapolació exponencial i el fet de considera les implicacions d’usar separabilitat. També s’ha proposat una manera pera obtenir funcions de mapeo (mapping functions) deduïdes a partir de perfils RO. Tanmateix, treballant només amb dades derivades únicament de RO, s’està menyspreant sistemàticament la contribució de la protonosfera al TEC. Amb la proposta inicial de funció de mapeo només tenim en compte la contribució ionosfèrica. La solució ideal per a aplicacions de dades de terra GNSS seria fer servir un model de dues capes, una per a modelar la ionosfera i una altra per la protonosfera, o alternativament, si es volgués alta resolució tomogràfica, combinar observacions RO i amb elevació positiva de LEOs amb dades de terra. S’ha provat que modelant amb dues capes, els resultats obtinguts amb l’anàlisi de dades RO han pogut estar validats. La conclusió més important és que la proporció entre la contribució ionosfèrica i protonosfèrica és el paràmetre que explica la localització de les altures efectives. / The Abel transform is a frequently used radio occultation (RO) inversion technique which, in the ionospheric context, allows retrieving electron densities as a function of height from STEC (Slant Total Electron Content) measurements derived from carrier phase observations. The GPS RO technique is based on precise carrier dual-frequency phase measurements (L-band) of a GPS receiver onboard a Low Earth Orbit satellite (LEO) tracking a rising or setting GPS satellite behind the limb of the earth. When combining such measurements with the information from the positions and velocities of GPS and LEO satellites, it is possible to derive the phase path change due to the atmosphere during an occultation event which subsequently can be converted into bending angles. From these, information about the vertical refraction index can be obtained by means of inversion techniques, which can then be converted into ionospheric vertical electron density profiles and/or neutral atmospheric profiles. One of the basic assumptions in the classical approach is to assume the spherical symmetry of the electron density field in the vicinity of an occultation. However, in practice, the footprint of an occultation generally covers wide regions of thousands of kilometres in length that may show significant ionospheric variability; therefore this hypothesis cannot be guaranteed. Indeed, inhomogeneous electron density in the horizontal direction for a given occultation is believed to be one of the main sources of error when using the Abel inversion. In order to correct the error due to the spherical symmetry assumption, the separability concept is introduced and applied. This implies that the electron density can be expressed by a combination of externally derived Vertical Total Electron Content (VTEC) data, which assumes the horizontal dependency, and a shape function, which in turn assumes the height dependency that is common to all the observations for a given occultation. Note that the slab thickness remains constant near the occultation due to the separability hypothesis instead of the density as is the case of the spherical symmetry. This technique was successfully applied to the linear combination of the GPS carrier phases L1 and L2, , LI= L1-2 which is a geometric free observable that depends only on the ionospheric delay, phase ambiguity, instrumental bias and wind-up. The result was an improvement of about 40% in RMS when comparing frequencies of the F2 layer peak with ionosonde data and the classical Abel inversion. The main advantage of such developed technique is its simple computation. Nevertheless, the potential influence of the different signal paths between L1 and L2 was neglected. Regarding this aspect, this Ph.D. dissertation shows that is not a problem for inversion at ionospheric heights. An alternative to inverting the profile, which overcomes this disadvantage, is to use the bending angle of the signal as the main input data. The implementation of separability when using the bending angle is not immediate and was, actually, one of the goals of this thesis. In this sense, the separability approach has been applied to measured L1 bending angle, instead of LI combination as reported in previous work. Additionally, this approach could also be translated to tropospheric profile retrievals. Several approaches to account for the upper ionospheric contribution have been also tackled, apart from the fact of neglecting such contribution: a climatological model, an exponential extrapolation and condisering the nature of the separability concept. it has been proposed a way to obtain mapping functions derived from RO profiles. Such mapping functions can be easily derived from usual ionospheric parameters. For the contribution of this part of the ionosphere, it has been shown that it is capable to account for the total electron content (TEC). However, by working solely with RO derived data, we are systematically neglecting the contribution of the protonosphere to the total electron content. With the initial proposed mapping function based on the analysis of effective heights derived from RO, only the ionospheric contribution is accounted for. The ideal solution for ground-based GNSS data applications would be to use a two-layer model, one to model the ionosphere and another one for the protonosphere, or alternatively, if we are looking for high tomographic resolution, to combine RO and topside LEO observations with ground data. It has been shown that by modelling in such way, the results that were obtained with RO data analysis can be validated. The most important conclusion is that the ratio between ionospheric and protonospheric contribution is the driver for the location of the effective heights.

En aquesta tesi doctoral es presenta un mètode sistemàtic per a la síntesi de giradors de potència. A partir d'aquest mètode s'han generat i classificat diverses estructures giradores. Cadascun d'aquests giradors, que poden tenir característiques diferents, pot ser útil en diferents aplicacions.Des d'un punt de vista circuital, es tracta d'una estructura de dos ports que es caracteritza per algun d'aquests dos grups d'equacions: 1) I1=gV2, I2=gV1 , 2) V1=rI2, V2=rI1, on I1, V1, i I2, V2 són els valors en contínua corresponents als valors de tensió i corrent als ports d'entrada i sortida respectivament, essent g (r) la conductància (resistència) del girador.En aquesta tesi, les estructures giradores de potència s'han classificat en funció de com transformen una font d'excitació al port d'entrada en la seva representació dual al port de sortida. Segons aquesta classificació es poden distingir tres tipus de giradors: 1) girador de potència de tipus G, 2) girador de potència de tipus G amb corrent d'entrada controlada i 3) giradors de potència de tipus R. Les categories 1 i 2 són les dues possibles solucions de síntesi de les equacions (1), mentre que la categoria 3 correspon a la solució de síntesi de les equacions (2).A més a més, no existeixen estudis sistemàtics on basant-se en les equacions de definició s'arribi finalment a una verificació experimental. En aquesta tesi es presenta el disseny i anàlisi dels giradors que s'han presentat. L'anàlisi cobreix exhaustivament l'estudi tant del comportament dinàmic com estàtic dels giradors presentats. Aquests giradors es poden considerar com estructures canòniques per al processat de potència.A més a més, es presenten algunes funcions bàsiques del processat de potència realitzades amb giradors de potència. Com per exemple: conversió tensió-corrent, corrent-tensió, adaptació d'impedàncies i regulació de tensió.Les característiques de cada girador depenen no només de la topologia convertidora sinó també del funcionament del control del convertidor. S'han investigat dos tècniques de control: el control en mode lliscant i el control no lineal basat en dinàmica zero. Per tant, les estructures giradores proposades poden treballar tant a freqüència constant com a freqüència variable.Finalment s'han verificat les previsions teòriques mitjançant simulació i verificació experimental. / In this thesis, a systematic approach to the synthesis of power gyrators is presented. Based on this approach, several gyrator structures can be generated and classified. Each of these gyrators has its own features and is suitable of different applications.From a circuit standpoint, a power gyrator is a two-port structure characterized by any of the following two set of equations: 1) I1=gV2, I2=gV1 , 2) V1=rI2, V2=rI1, where I1, V1, and I2, V2 are DC values of current and voltage at input and output ports respectively and g ( r ) is the gyrator conductance ( resistance ).In this thesis, power gyrator structures are classified by the manner they transform an excitation source at the input port into its dual representation at the output port. Based on this classification, there exist three types of power gyrators: 1) power gyrators of type G, 2) power gyrators of type G with controlled input current and 3) power gyrators of type R. Categories 1 and 2 are the two possible synthesis solutions to the set of equations ( 1 ) while category 3 corresponds to the synthesis solution of ( 2 ).Thus far, no systematic works have been done starting at the definition equations and ending at the experimental verification. In this thesis, the analysis and design for the disclosed power gyrators are presented. The analysis covers exhaustingly the study of both static and dynamic behavior of the reported power gyrators. These power gyrators presented can be considered as canonical structures for power processing.Thus, some basic power processing functions done by the presented power gyrators are reported. Namely, voltage to current conversion, current to voltage conversion, impedance matching and voltage regulation.The performance characteristics of a power gyrator depend not only on the circuit topology but also depend on the converter control operation.Hence, two main control schemes are investigated, namely, sliding-mode control schemes and zero-dynamics-based PWM nonlinear control. Therefore, the proposed gyrator structures can operate indistinctly at constant or at variable switching frequency.In addition, experimental and computer simulation results of the power gyrators presented are given in order to verify the theoretical predictions.

El sistema de acondicionamiento de potencia es clave para el funcionamiento correcto del resto de sistemas eléctricos de un satélite. Los reguladores conmutados continua - continua son las piezas que enlazan los paneles solares y las baterías con el bus principal de alimentación. La estabilidad, precisión y robustez del sistema de control son fundamentales en el diseño de esos convertidores.Desde el punto de vista de los especialistas en control, los convertidores conmutados son sistemas de estructura variable, en los cuales se aplica de forma natural el control en modo deslizante. Sin embargo, no es fácil encontrar un ejemplo en el que se haya aplicado con éxito en los sistemas de alimentación de satélites. Con esta tesis se pretende cubrir el vacío existente entre la teoría de control en modo deslizante y la práctica de diseño de controles de convertidores conmutados continua - continua que tienen aplicación en los sistemas de alimentación de satélites.La tesis comienza introduciendo las características básicas del sistema de alimentación y presentando algunos reguladores cargadores y descargadores de batería que han sido utilizados en satélites concretos. El resto de la tesis es un estudio teórico con el fin de diseñar reguladores controlados en modo deslizante para esa aplicación.Se ha comenzado obteniendo un conjunto finito de convertidores básicos, a partir de los circuitos con dos interruptores, aplicando un método de síntesis basado en reglas topológicas y se han seleccionado los convertidores con estrés mínimo en los interruptores. Se han escogido, de entre estos, los convertidores con la corriente de salida continua, para utilizar como descargadores de batería, y los que tienen la corriente de entrada continua como cargadores de batería.Se ha encontrado que todos los convertidores seleccionados (tomando como salida del sistema el error de la corriente que se debe controlar) tienen grado relativo uno y su dinámica cero es asintóticamente estable, si se cumplen ciertas relaciones entre los parámetros que se han obtenido explícitamente para cada convertidor. En algunos casos es necesario acoplar magnéticamente los dos inductores o añadir una red R-C serie en paralelo con el condensador.Se han proporcionado criterios de diseño del lazo de corriente y del lazo de tensión, utilizando comparadores con histéresis para generar la señal de control en modo deslizante. Se han simulado varios de estos reguladores, encontrando que cumplen las especificaciones restrictivas de impedancia en el bus y al mismo tiempo tienen un comportamiento robusto frente a perturbaciones de gran señal cuando los parámetros toman sus valores extremos.Los reguladores encontrados pueden servir para mejorar las prestaciones y reducir el coste de los sistemas de alimentación de satélites y tienen muchas otras aplicaciones fuera de la industria aerospacial. / Power conditioning system is key to correct operation of the rest of electrical systems of satellites. Dc-to-dc switching converters link solar panels and batteries with the main power bus. Control system stability, accuracy and robustness is basic in the design of those converters.Switching converters are variable structure systems from the point of view of control specialist. In those systems, sliding-mode control can be applied in a natural way. Nevertheless it is difficult to find a successful example in power conditioning systems of satellites. This thesis try to fill the gap between sliding-mode control theory and control design practice of dc-to-dc switching converters for power conditioning systems of satellites.Thesis begin introducing basic features of power conditioning system and some battery charge and discharge regulators which have been actually used in satellites. The rest of the thesis is a theoretical study with the purpose of design sliding-mode controlled regulators for that application.A finite set of basic converters has been obtained from two switch circuits, applying a synthesis method based on topological rules. Converters with minimum switch stress have been selected from that set. Among them, converters with continuous output current have been chosen for battery discharge regulators and converters with continuous input current for battery charge regulators.The analysis of selected converters show that all of them (taking as system output the error of current that must be controlled) have a relative degree of one and an asymptotically stable zero dynamics if certain conditions on the parameters are fulfilled. Those conditions have been found individually for each converter. In some cases, inductors must be coupled and a series R-C network must be added in parallel with a capacitor.A comparator with hysteresis is used to get sliding-mode control signal. Design criteria for the parameters of current and voltage loops are given. Some of those regulators have been simulated finding that they meet restrictive bus impedance specifications. In addition, they have a robust behavior in simulations of large signal perturbations where parameters take their extreme values.The found regulators can be used to improve performance and reduce cost of power conditioning systems of satellites. They also have a lot of others applications outside aerospace industry.

La tesi s’engloba en un context energètic en el que les tendències actuals del subministrament i el consum d’energia són clarament insostenibles. No és exagerat dir que el futur de la prosperitat de la humanitat depèn de la manera en què responguem als dos principals reptes que se’ns plantegen en l’actualitat en matèria d’energia: assegurar un subministrament d’energia fiable i assequible, i passar ràpidament a un nou sistema de subministrament de l’energia amb baixes emissions de carbó, eficient i respectuós amb el medi ambient. De entre totes les tecnologies disponibles, la generació d’hidrogen solar mitjançant el trencament fotoelectroquímic de l’aigua ha estat considerada la més prometedora en quant a l’obtenció de sistemes estables de fotoelectrólisi. Més concretament, els òxids metàl•lics han centrat l’atenció de la comunitat científica com els materials ideals per a implementar els fotoànodes. L’òxid de titani és el material per excel•lència en fotocatàlisi. Això és degut principalment a la seva gran estabilitat en tot tipus de medis i a la gran varietat de rutes de síntesi que es poden utilitzar per a la seva obtenció (sol-gel, hidrotermal, solvotermal, oxidació directa, deposició química en fase vapor, deposició física en fase vapor, electrodeposició, mètode sonoquímic, anodització, etc). A la primera part vàrem analitzar vàries de les rutes de síntesis que permeten obtenir nanoestructures de TiO2 amb característiques ben diferents. Totes elles tenen en comú una gran superfície activa per tal que es puguin produir el màxim de reaccions a la superfície. Donades les limitacions intrínseques de l’òxid de titani degut a la seva baixa absorció a la regió visible de l’espectre solar com a conseqüència de la seva elevada banda prohibida (3.2 eV), ens centràrem en les possibles millores que se’n poden derivar de la modificació química i/o estructural mitjançant la incorporació d’elements estranys en el si de la matriu de l’òxid de titani. Vàrem diferenciar entre additius catiònics i aniònics i més concretament en la incorporació de ferro i nitrogen, respectivament. Vàrem estudiar com la presència d’aquests elements afecten les propietats òptiques i elèctriques dels nostres materials i com podíem controlar el seu impacte en aquestes propietats . Finalment, vàrem presentar com la utilització d’estructures composades de varis semiconductors permeten millorar amb escreix els rendiments obtinguts mitjançant la introducció d’additius per tal de modificar l’estructura de l’òxid de titani. En concret, estudiàrem l’heteroestructura CdS@TiO2. En aquesta mena d’estructura el CdS actua com a material absorbidor i l’òxid de titani com a material suport que proporciona la nanoestructura necessària per a dotar el dispositiu d’una bona conducció d’electrons i d’una gran superfície activa / "Synthesis of nano structured titanium dioxide for energy applications" After the pioneering work of Fujishima and Honda, who demonstrated the possibility to electrolyze water to hydrogen fuel using a solar-driven titanium dioxide photoelectrode (PE) cell, researchers looked for other semiconductor oxides or solid solutions resistant to photocorrosion. As alternatives, conventional semiconductors like Si, GaAs, InP, CuInSe and CdTe display impressive efficiencies as PEs but their low stability in water solutions and high cost hinders their use for such applications. On the other hand, TiO2 has been extensively investigated as an environmentally harmonious and clean photocatalyst. Titania’s main advantages are its reasonable optical and electronic properties, a fair photocatalytic activity, and especially its low cost, excellent chemical stability and nontoxicity. However, its practical application has been limited by its low efficiency and wide bandgap, which requires ultraviolet (UV) radiation as the excitation source. In this work, we present different routes of synthesis to obtain nanostructured titania with the aim of increase the active surface area which one of the main limiting factors. In a second part, we explored to different approaches for the improvement of the absorption range of the visible spectrum: introduction of transition metals, such as iron, and doping with non-metal such as nitrogen. Finally, we introduced a new concept that allows overcoming the intrinsic limitations of the introduction of strange elements inside de matrix of TiO2. The use of heterostructured materials, which is match two different materials, such as TiO2 and CdS, with different band gaps to take profit of a wider range of the solar spectrum.

En la literatura sobre mecànica quàntica és freqüent trobar descriptors basats en la densitat de parells o la densitat electrònica, amb un èxit divers segons les aplicacions que atenyin. Per tal de que tingui sentit químic un descriptor ha de donar la definició d'un àtom en una molècula, o ésser capaç d'identificar regions de l'espai molecular associades amb algun concepte químic (com pot ser un parell solitari o zona d'enllaç, entre d'altres). En aquesta línia, s'han proposat diversos esquemes de partició: la teoria d'àtoms en molècules (AIM), la funció de localització electrònica (ELF), les cel·les de Voroni, els àtoms de Hirshfeld, els àtoms difusos, etc.L'objectiu d'aquesta tesi és explorar descriptors de la densitat basats en particions de l'espai molecular del tipus AIM, ELF o àtoms difusos, analitzar els descriptors existents amb diferents nivells de teoria, proposar nous descriptors d'aromaticitat, així com estudiar l'habilitat de totes aquestes eines per discernir entre diferents mecanismes de reacció. / In the literature, several electronic descriptors based in the pair density or the density have been proposed with more or less success in their pratical applications. In order to be chemically meaningful the descriptor must give a definition of an "atom" in a molecule, or instead be able to identify some chemical interesting regions (such as lone pair, bonding region, among others). In this line, several molecular partition schemes have been put forward: atoms in molecules (AIM), electron localization function (ELF), Voronoi cells, Hirshfeld atoms, fuzzy atoms, etc. The goal of this thesis is to explore the density descriptors based on the molecular partitions of AIM, ELF and fuzzy atom, analyze the existing decriptors at several levels of theory, propose new aromaticity descriptors, and study its ability to discern between different mechanisms of reaction.

La sociedad actual demanda cada vez más aplicaciones computacionalmente exigentes y que se implementen de forma energéticamente eficiente. Esto obliga a la industria del semiconductor a mantener una continua progresión de la tecnología CMOS. No obstante, los expertos vaticinan que el fin de la era de la progresión de la tecnología CMOS se acerca, puesto que se prevé que alrededor del 2020 la tecnología CMOS llegue a su límite. Cuando ésta llegue al punto conocido como “Red Brick Wall”, las limitaciones físicas, tecnológicas y económicas no harán viable el proseguir por esta senda. Todo ello ha motivado que a lo largo de la última década tanto instituciones públicas como privadas apostasen por el desarrollo de soluciones tecnológicas alternativas como es el caso de la nanotecnología (nanotubos, nanohilos, tecnologías basadas en el grafeno, etc.). En esta tesis planteamos una solución alternativa para poder afrontar algunos de los problemas computacionalmente exigentes. Esta solución hace uso de la tecnología CMOS actual sustituyendo la forma de computación clásica desarrollada por Von Neumann por formas de computación no convencionales. Éste es el caso de las computaciones basadas en lógicas pulsantes y en especial la conocida como computación estocástica, la cual proporciona un aumento de la fiabilidad y del paralelismo en los sistemas digitales. En esta tesis se presenta el desarrollo y evaluación de todo un conjunto de bloques computacionales estocásticos implementados mediante elementos digitales clásicos. A partir de estos bloques se proponen diversas metodologías computacionalmente eficientes que mediante su uso permiten afrontar algunos problemas de computación masiva de forma mucho más eficiente. En especial se ha centrado el estudio en los problemas relacionados con el campo del reconocimiento de patrones. / Today's society demands the use of applications with a high computational complexity that must be executed in an energy-efficient way. Therefore the semiconductor industry is forced to maintain the CMOS technology progression. However, experts predict that the end of the age of CMOS technology progression is approaching. It is expected that at 2020 CMOS technology would reach the point known as "Red Brick Wall" at which the physical, technological and economic limitations of CMOS technology will be unavoidable. All of this has caused that over the last decade public and private institutions has bet by the development of alternative technological solutions as is the case of nanotechnology (nanotubes, nanowires, graphene, etc.). In this thesis we propose an alternative solution to address some of the computationally exigent problems by using the current CMOS technology but replacing the classical computing way developed by Von Neumann by other forms of unconventional computing. This is the case of computing based on pulsed logic and especially the stochastic computing that provide a significant increase of the parallelism and the reliability of the systems. This thesis presents the development and evaluation of different stochastic computing methodologies implemented by digital gates. The different methods proposed are able to face some massive computing problems more efficiently than classical digital electronics. This is the case of those fields related to pattern recognition, which is the field we have focused the main part of the research work developed in this thesis.

El Laboratori d'Altes Energies de La Salle és un membre d'un grup acreditat per la Generalitat. Aquest grup està format per part del Departament d'Estructura i Constituents de la Matèria de la Facultat de Física de la Universitat de Barcelona, part del departament d'Electrònica de la mateixa Facultat i pel grup de La Salle. Tots ells estan involucrats en el disseny d'un subdetector en l'experiment de LHCb del CERN: el SPD (Scintillator Pad Detector). El SPD és part del Calorímetre de LHCb. Aquest sistema proporciona possibles hadrons d'alta energia, electrons i fotons pel primer nivell de trigger. El SPD està format per una làmina centellejeadora de plàstic, dividida en 600 cel.les de diferent tamany per obtenir una millor granularitat aprop del feix. Les partícules carregades que travessin el centellejador generaran una ionització del mateix, a diferència dels fotons que no la ionitzaran. Aquesta ionització, generarà un pols de llum que serà recollit per una WLS que està enrotllada dins de les cel.les centellejadores. La llum serà transmesa al sistema de lectura mitjançant fibres clares. Per reducció de costos, aquestes 6000 cel.les estan dividides en grups, usant MAPMT (fotomultiplicadors multiànode) de 64 canals per rebre la informació en el sistema de lectura. El senyal de sortida dels fotomultilplicadors és irregular degut al baix nivell de fotoestadística, uns 20-30 fotoelectrons per MIP, i degut també a la resposta de la fibra WLS, que té un temps de baixada lent. Degut a tot això, el processat del senyal, es realitza primer durant la integració de la càrrega total i finalment per la correcció de la cua que conté el senyal provinent del PMT. Aquesta Tesi està enfocada en el sistema de lectura de l'electrònica del VFE del SPD. Aquest, està format per un ASIC (dissenyat pel grup de la UB) encarregat d'integrar el senyal, compensar el senyal restant i comparar el nivell d'energia obtingut amb un llindar programable (fa la distinció entre electrons i fotons), una FPGA que programa aquests llindars i compensacions de cada ASIC i fa el mapeig de cada canal rebut en el detector i finalment usa serialitzadors LVDS per enviar la informació de sortida al trigger de primer nivell. En el disseny d'aquest tipus d'electrònica s'haurà de tenir en compte, per un costat, restriccions de tipus mecànic: l'espai disponible per l'electrònica és limitat i escàs, i per un altre costat, el nivell de radiació que deurà suportar és considerable i s'haurà de comprobar que tots els components superin un cert test de radiació, i finalment, també s'haurà de tenir en compte la distància que separa els VFE dels racks on la informació és enviada i el tipus de senyal amb el que es treballa en aquest tipus d'experiments: mixta i de poc rang. / El Laboratorio de Altas Energías de la Salle es un miembro de un grupo acreditado por La Generalitat. Este grupo está formado por parte del departamento de Estructura i Constituents de la Matèria de la Facultad de Física de la Universidad de Barcelona, parte del departamento de Electrónica de la misma Facultad y el grupo de La Salle. Todos ellos están involucrados en el diseño de un subdetector en el experimento de LHCb del CERN: El SPD (Scintillator Pad Detector). El SPD es parte del Calorímetro de LHCb. Este sistema proporciona posibles hadrones de alta energía, electrones y fotones para el primer nivel de trigger.El SPD está diseñado para distinguir entre electrones y fotones para el trigger de primer nivel. Este detector está formado por una lámina centelleadora de plástico, dividida en 6000 celdas de diferente tamaño para obtener una mejor granularidad cerca del haz. Las partículas cargadas que atraviesen el centelleador generarán una ionización del mismo, a diferencia de los fotones que no la generarán. Esta ionización generará, a su vez, un pulso de luz que será recogido por una WLS que está enrollada dentro de las celdas centelleadoras. La luz será transmitida al sistema de lectura mediante fibras claras. Para reducción de costes, estas 6000 celdas están divididas en grupos, utilizando un MAPMT (fotomultiplicadores multiánodo) de 64 canales para recibir la información en el sistema de lectura. La señal de salida de los fotomultiplicadores es irregular debido al bajo nivel de fotoestadística, unos 20-30 fotoelectrones por MIP, y debido también a la respuesta de la fibra WLS, que tiene un tiempo de bajada lento. Debido a todo esto, el procesado de la señal, se realiza primero mediante la integración de la carga total y finalmente por la substracción de la señal restante fuera del período de integración. Esta Tesis está enfocada en el sistema de lectura de la electrónica del VFE del SPD. Éste, está formado por un ASIC (diseñado por el grupo de la UB) encargado de integrar la señal, compensar la señal restante y comparar el nivel de energía obtenido con un umbral programable (que distingue entre electrones y fotones), y una FPGA que programa estos umbrales y compensaciones de cada ASIC, y mapea cada uno de los canales recibidos en el detector y finalmente usa serializadores LVDS para enviar la información de salida al trigger de primer nivel. En el diseño de este tipo de electrónica se deberá tener en cuenta, por un lado, restricciones del tipo mecánico: el espacio disponible para la electrónica en sí, es limitado y escaso, por otro lado, el nivel de radiación que deberá soportar es considerable y se tendrá que comprobar que todos los componentes usado superen un cierto test de radiación, y finalmente, también se deberá tener en cuenta la distancia que separa los VFE de los racks dónde la información es enviada y el tipo de señal con el que se trabaja en este tipo de experimentos: mixta y de poco rango. / Laboratory in La Salle is a member of a Credited Research Group by La Generatitat. This group is formed by a part of the ECM department, a part of the Electronics department at UB (University of Barcelona) and La Salle's group. Together, they are involved in the design of a subdetector at LHCb Experiment at CERN: the SPD (Scintillator Pad Detector). The SPD is a part of LHCb Calorimeter. That system provides high energy hadrons, electron and photons candidates for the first level trigger. The SPD is designed to distinguish electrons and photons for this first level trigger. This detector is a plastic scintillator layer, divided in about 6000 cells of different size to obtain better granularity near the beam. Charged particles will produce, and photons will not, ionisation on the scintillator. This ionisation generates a light pulse that is collected by a Wavelength Shifting (WLS) fibre that is twisted inside the scintillator cell. The light is transmitted through a clear fibre to the readout system. For cost reduction, these 6000 cells are divided in groups using a MAPMT of 64 channels for receiving information in the readout system. The signal outing the SPD PMTs is rather unpredictable as a result of the low number of photostatistics, 20-30 photoelectrons per MIP, and the due to the response of the WLS fibre, which has low decay time. Then, the signal processing must be performed by first integrating the total charge and later subtracting to avoid pile-up. This PhD is focused on the VFE (Very Front End) of SPD Readout system. It is performed by a specific ASIC (designed by the UB group) which integrates the signal, makes the pile-up compensation, and compares the level obtained to a programmable threshold (distinguishing electrons and photons), an FPGA which programs the ASIC thresholds, pile-up subtraction and mapping the channels in the detector and finally LVDS serializers, in order to send information to the first level trigger system. Not only mechanical constraints had to be taken into account in the design of the card as a result of the little space for the readout electronics but also, on one hand, the radiation quote expected in the environment and on the other hand, the distance between the VFE electronics and the racks were information is sent and the signal range that this kind of experiments usually have.

La tesis tracta diferents aspectes relacionats amb el càlcul de la semblança quàntica, així com la seva aplicació en la racionalització i predicció de l'activitat de fàrmacs. Es poden destacar dos progressos importants en el desenvolupament de noves metodologies que faciliten el càlcul de les mesures de semblança quàntica. En primer lloc, la descripció de les molècules mitjançant les funciones densitat aproximades PASA (Promolecular Atomic Shell Approximation) ha permès descriure amb suficient precisió la densitat electrònica dels sistemes moleculars analitzats, reduint substancialment el temps de càlcul de les mesures de semblança. En segon lloc, el desenvolupament de tècniques de superposició molecular específiques de les mesures de semblança quàntica ha permès resoldre el problema de l'alineament en l'espai dels compostos comparats. El perfeccionament d'aquests nous procediments i algoritmes matemàtics associats a les mesures de semblança molecular quàntica, ha estat essencial per poder progressar en diferents disciplines de la química computacional, sobretot les relacionades amb les anàlisis quantitatives entre les estructures moleculars i les seves activitats biològiques, conegudes amb les sigles angleses QSAR (Quantitative Structure-Activity Relationships). Precisament en l'àrea de les relacions estructura-activitat s'han presentat dues aproximacions fonamentades en la semblança molecular quàntica que s'originen a partir de dues representacions diferents de les molècules. La primera descripció considera la densitat electrònica global de les molècules i és important, entre altres, la disposició dels objectes comparats en l'espai i la seva conformació tridimensional. El resultat és una matriu de semblança amb les mesures de semblança de tots els parells de compostos que formen el conjunt estudiat. La segona descripció es fonamenta en la partició de la densitat global de les molècules en fragments. S'utilitzen mesures d'autosemblança per analitzar els requeriments bàsics d'una determinada activitat des del punt de vista de la semblança quàntica. El procés permet la detecció de les regions moleculars que són responsables d'una alta resposta biològica. Això permet obtenir un patró amb les regions actives que és d'evident interès per als propòsits del disseny de fàrmacs. En definitiva, s'ha comprovat que mitjançant la simulació i manipulació informàtica de les molècules en tres dimensions es pot obtenir una informació essencial en l'estudi de la interacció entre els fàrmacs i els seus receptors macromoleculars. / There is probably no other concept that contributed to the development of chemistry so remarkably as the ill-defined, qualitative concept of similarity. From the intuitively understood meaning of similarity arises also one of the most powerful chemical principles - the principle of analogy - which in early days of chemistry served as the basis for the classification and systematization of molecules and reactions. The same principle underlies also the widely used idea that similar structures have similar properties which, in turn, is the basis for the existence of various empirical relations between the structure and activity known as QSAR relationships. Because of the fundamental role which similarity plays in so many different situations it is not surprising that its systematic investigation has become the focus of intense scientific interest. Main attention in this respect was devoted to the design of new quantitative measures of molecular similarity. The philosophy underlying the development of quantitative, similarity measures based on quantum theory, arises from the idea that properties of molecules, whether chemical, physical or biological are predetermined by the molecular structure. The rationalization of empirical structure-activity relationships is to considerable extent connected with the recent efforts in the design of new molecular descriptors based on quantum theory. The simplest of such quantities is the electron density function and most of the theoretical molecular descriptors are derived just from this quantity. Among them, a privileged place belongs to the so-called Molecular Quantum Similarity Measures (MQSM). These measures are generally based on the pairwise comparison of electron density functions of the corresponding molecules.This contribution pretends to present an up-to-date revision of Quantum Similarity concepts and their application to QSAR. The general form of MQSM is introduced, and the concrete definitions for practical implementations are specified. Two important topics related to the application of MQSM are discussed: first the Promolecular Atomic Shell Approximation (PASA), a method for fitting first-order molecular density functions for a fast and efficient calculation of the MQSM. Afterwards, a possible solution to the problem of molecular alignment, a determinant procedure in all 3D QSAR methodologies. Finally, the application of Quantum Similarity to QSAR is discussed in detail. Two kind of descriptors derived from molecular quantum similarity theory were used to construct QSAR models: molecular quantum similarity matrices and fragment quantum self-similarity measures. The practical implementation of those ideas has led to the publication of several papers, and finally, to the present work.

La presente tesis estudia, propone y realiza sus principales aportaciones en el campo del control para el convertidor CC/CA de tres niveles, sobre la topología denominada Neutral-Point-Clamped, aunque se puede extender a otras topologías y/o número de niveles. Se presenta una metodología de modelado que emplea funciones de conmutación de fase, el operador de promediado y la transformación D-Q, tal que los modelos obtenidos en el dominio D-Q contienen una información completa sobre la dinámica del sistema. La estrategia de conmutación se puede entender como una extensión de la estrategia PWM senoidal de dos a tres niveles. Esta estrategia es simple y no realiza el control de ninguna de las variables del sistema. En esta tesis, el controlador se encarga de regular todas las variables del sistema, incluido el equilibrio del bus de continua. Este es un enfoque diferente del convencional, donde el equilibrio del bus de continua se consigue mediante la elección adecuada de los estados redundantes del convertidor en la estrategia de conmutación, mientras que el resto de variables se regulan a través del controlador. Para la realización del controlador, se propone la técnica de control lineal multivariable LQR (Linear Quadratic Regulator), complementada con la técnica de control no lineal adaptativo denominada programación de ganancia (Gain Scheduling). Se presenta, además, una metodología de cálculo del controlador. Este control es versátil, abierto y adaptable. En cualquier caso, el controlador se puede adaptar a las necesidades concretas de cada aplicación. El cálculo del controlador se realiza mediante simulación con MatLab-Simulink. Los modelos matemáticos que emplean las funciones de conmutación del convertidor son aquellos que ofrecen un mejor compromiso entre velocidad de simulación y precisión. Para validar el control propuesto, se ha diseñado y construido un equipo experimental donde el controlador se ha mostrado aplicable, útil y eficaz en la regulación de las distintas cargas y aplicaciones experimentadas, incluso con carga no lineal, bajo diferentes condiciones de trabajo y variables a controlar, tanto en régimen permanente como en procesos transitorios. La rapidez y calidad de la respuesta transitoria es comparable a la de otros sistemas de control publicados. Es especialmente interesante el excelente control conseguido del equilibrio del bus de continua. Además, la robustez del control permite cancelar el error estacionario aunque diferentes parámetros del sistema presenten desviaciones significativas respecto los valores esperados. El uso de la programación de ganancia junto con la técnica LQR se ha mostrado muy efectivo, puesto que permite realizar diferentes tipos de control. Se ha comprobado la congruencia entre simulaciones y resultados experimentales obtenidos, lo que valida los modelos de simulación empleados y el proceso de diseño del controlador mediante simulación. / This dissertation study, propose and carry out the main contributions in the field of three-level inverter control, using the topology Neutral-Point-Clamped, although results can be extended to other topologies and/or number of levels. A procedure for modelling is presented, based on line-switching functions, moving average operator and D-Q transformation. Then, the obtained models in D-Q frame contain complete information about system dynamics. Switching strategy is simple and can be considered as an extension of two-level sinusoidal PWM to three level. The system variables are not controlled by the switching strategy. In this work, all the system variables are controlled by the regulator, including DC-link balance. This control approach is different than the conventional one, where DC-link balance is achieved by means of a proper selection of redundant states in the switching strategy, and the other variables are controlled by the regulator. The regulator is based on the multivariable linear control technique LQR (Linear Quadratic Regulator), in combination with the non-linear adaptive control technique Gain Scheduling. Moreover, a methodology for the calculation of the controller is presented. This controller is versatile, open and adaptable. However, the controller can be built depending on the concrete specifications of each application. The controller is calculated by means of simulation using MatLab-Simulink. The mathematical models based on the switching functions of the converter give the best trade-off between simulation speed and precision. In order to validate the proposed controller, an experimental prototype has been designed and implemented. Experimental results show that the controller is useful and effective for the regulation of different loads and applications, even with non-linear loads, different operation points and variables to control, in steady-state and transitory operation. Dynamic response speed and quality are similar to other control systems in the literature. The DC-link balance control achieved is specially interesting. Furthermore, steady-state error is cancelled due to the robustness of the controller, even though significant deviation of different system parameters are present. The use of Gain-Scheduling in combination with LQR is effective, allowing the calculation of regulators with different control strategies. Good agreement between simulations and experimental results has been found. This result validates simulation models and the design method for the controller, based on simulations.